基于激光等离子体研究的高性能扫描晶体谱仪（英文）

在激光等离子体研究中,电磁脉冲干扰对实验结果影响很大,为了减小这一影响,设计一款新的扫描晶体谱仪,整个机身设计成几乎全密闭的良导体。该晶体谱仪通过更换晶体和调整入射角可以获得较宽范围的测量窗口。在X光光谱为2.5~3.5keV范围内的测量试验中,该扫描晶体谱仪的谱分辨能力为13(在2960eV),时间分辨率为10ps。其谱分辨和时间分辨可以满足对激光等离子体的研究。     

高分辨椭圆弯晶谱仪在激光等离子体实验中的应用

 描述了用于激光等离子体X射线光谱研究的椭圆弯曲晶体谱仪系统。在“神光Ⅱ”第九路激光上对该谱仪进行标定实验，利用CCD相机成功地获得了激光等离子体铝和钛离子的K壳层和金离子M壳层谱；通过研究和辨认谱线，得到了X射线光谱，同时还给出了实验测定的谱仪分辨率。椭圆弯曲晶体谱仪除有高的收集光子效率外，还有更好的谱分辨和空间分辨率。分析了椭圆弯曲晶体谱仪在前沿科学技术和高技术实验中的应用。     

线状等离子体测量中的晶体谱仪及其在X射线激光实验中的应用

本文讨论了两种适用于Ｘ射线激光实验的聚焦型弯晶谱仪和针孔晶体谱仪。给出了弯晶谱仪的设计参数，以及针孔晶体谱仪在实验中摄得的线状Ｍｇ和ＣａＦ２等离子体空间分辨谱；分析了晶体谱仪在Ｘ射线激光实验中的应用。     

时空分辨平焦场光栅谱仪

 利用2 400 lp/mm或1 200 lp/mm的平焦场光栅谱仪、门控宽微带X光单分幅相机及可见光CCD记录系统建立了一套时空分辨平焦场谱仪X光谱诊断系统。介绍了该谱仪系统的结构、工作原理和实验调试方法。利用该谱仪在星光激光装置上进行了时间分辨铝等离子体发射谱线的实验测量，获得了清晰的时间分辨铝等离子体谱线。在神光Ⅱ装置上初步观测到了时空分辨铝样品吸收谱，谱分辨为0.02～0.05nm。     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.     

硬X射线透射晶体谱仪的设计性能参数

激光等离子体相互作用高分辨硬X射线光谱的测量通常采用柱面透射弯晶谱仪实现。利用几何光学模型对柱面透射弯晶谱仪的关键技术参数进行了理论计算和数值模拟,给出了谱仪弯晶曲率半径、光源到晶体的距离、光源尺寸和探测器的位置等因素对谱仪测谱范围和分辨能力的影响情况,分析了光谱分辨水平随能点的变化。分析结果表明:晶体曲率半径对测谱范围和谱分辨能力影响大,在光源尺寸较小时,随着探测器与罗兰圆距离的增加,谱线之间距离增加的速度大于光谱线宽增加的速度,使得分辨能力增加。     

激光等离子体X射线极化光谱诊断

针对波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线极化度的诊断,研制了一种新型适用的基于宅问分辨的极化谱仪.在极化谱仪内的垂直和水平通道上分别布置正交的季戊四醇(PET)晶体色散元件.信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30 mm×80 mm,从等离子体光源经品体到成像板的光程长为240 mm.通过实验成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号,分析了获得的类氦谱线和类锂伴线并计算其极化度,并分析了负极化的原因.实验结果表明该谱仪获得的X射线极化度测量值与理论值相符,适合激光等离子体X射线极化光谱的诊断.     

辐射烧蚀区电子温度研究

此文叙述了采用晶体谱仪测量辐射烧蚀区电子温度的方法.在"星光Ⅱ”激光装置上,以波长为0.35μm,能量～70J,脉宽～700ps的强激光注入辐射烧蚀靶,实验首次测到了辐射烧蚀样品自发射谱,配合理论计算,给出了碳氢样品电子温度29eV.另外用空间分辨晶体谱仪研究了发泡铝靶电子温度空间分布;用双示踪元素等电子谱线法研究了Formvar(CHO)膜平面靶的电子温度.     

用极化晶体谱仪探测X射线极化度

为了研究等离子体各向异性及确定高温等离子体中电子束的存在,研制了X射线极化晶体谱仪,探讨了极化光谱学的理论,推演了X射线极化度的计算方法.谱仪能够在两个相互垂直的方向分别对X射线进行探测,垂直方向晶体分析器使用云母球面晶体,水平方向为PET平面晶体,摄谱元件采用成像板.在激光聚变研究中心2×10 J激光装置上进行了摄谱实验.实验结果表明,PET晶体分光效果理想,获得了铝的类He共振线(w)、磁四级M2跃迁x线、互组合跃迁y线以及禁戒谱线z线,适合于研究X射线极化光谱学;云母晶体得到铝的类He共振线,其伴线光谱不明显.分析了谱仪垂直方向信号微弱的原因,提出了改进极化晶体谱仪的方案.     

用极化晶体谱仪探测X射线极化度

为了研究等离子体各向异性及确定高温等离子体中电子束的存在,研制了X射线极化晶体谱仪,探讨了极化光谱学的理论,推演了X射线极化度的计算方法.谱仪能够在两个相互垂直的方向分别对X射线进行探测,垂直方向晶体分析器使用云母球面晶体,水平方向为PET平面晶体,摄谱元件采用成像板.在激光聚变研究中心2×10 J激光装置上进行了摄谱实验.实验结果表明,PET晶体分光效果理想,获得了铝的类He共振线(w)、磁四级M2跃迁x线、互组合跃迁y线以及禁戒谱线z线,适合于研究X射线极化光谱学;云母晶体得到铝的类He共振线,其伴线光谱不明显.分析了谱仪垂直方向信号微弱的原因,提出了改进极化晶体谱仪的方案.     

高反射效率高定向性的热解石墨晶体X射线谱仪

基于高定向热解石墨晶体(highly oriented pyrolitic graphite,HOPG)研制了一种新型反射式X射线谱仪.该谱仪具有高反射效率、较高能谱分辨率及相对较宽的能谱测量范围.根据计算,在相同的入射条件下,该谱仪的效率比一般X射线弯晶谱仪高3个量级;谱仪能谱分辨率理论值最高达350;理论探测范围是6.891keV至9.193 keV.我们将该谱仪应用在高功率密度激光与固体靶相互作用的实验中,发现在普通弯晶谱仪无法采到信号的实验条件下,HOPG谱仪依然采集到清晰的Cu K谱线.分析发现在8.048 keV(Cu的Kα光子能量)附近的能谱分辨能力最高达到40 eV,分辨率大于200.     

神光Ⅱ升级装置软X光能谱仪研制北大核心CSCD

软X光能谱仪（SXS）是惯性约束聚变黑腔辐射流、辐射温度测量的主要诊断设备。根据神光Ⅱ升级装置实验需求,完成软X光谱仪系统研制,并开展了性能研究。谱仪采用环形透镜成像准直方法保证瞄准精度,通过固定角度平面镜安装机构来减少角度偏差。利用滤片、平面镜以及X光二极管（XRD）探测器的标定实验结果,得到谱仪测量能区为0．05～4．97keV。在短脉冲激光装置上开展通道时间响应性能研究,确定系统时间分辨力为99．22ps。     

基于布拉格反射镜的X射线多色单能成像谱仪

报道了一种基于布拉格反射镜的多色单能成像谱仪研制工作,谱仪由针孔阵列、布拉格反射镜和CCD相机组成.大约有300个微孔的针孔阵列板置于布拉格镜前用于空间成像,通过布拉格反射镜的单色化,投射到CCD上的数百个小孔成像沿色散方向获得了能量分辨.经过图像处理,可以还原得到目标的多色单能二维成像.根据采用的布拉格分光元件和图像还原方法,谱仪的能量分辨达到了50—200（λ/Δλ）;针孔成像的空间分辨优于10 μm.同时还为该谱仪开发了专门的单能图像重建软件及图像数据后处理软件,可以在任意选择的窄能带内还原准单能图像.并重点介绍了该谱仪的优化设计、获得的技术指标以及专门研制的超短周期（2.5 nm）X射线W/B₄C多层镜. 关键词： X射线光学 诊断技术 布拉格反射镜 X射线多层镜     

Curved crystal analysis using a triple-crystal X-ray spectrometer

A Bragg crystal spectrometer using cylindrically curved crystals is designed to focus a divergent X-ray beam. The spectral resolution and precision of focus is determined by the quality of the concavely curved crystal. The analysis of the quality of the crystal was done using a triplecrystal X-ray spectrometer, comparing parallel and antiparallel X-ray scans of the third curved crystal, determining flaws resulting from the bend. Topics discussed include the derivation of the crystal's quality, conditions of alignment for the Bragg reflection, and X-ray beam width contributions to the FWHM. Organic and inorganic crystals with varying values of Bragg angles are used.     

一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统

基于塑料闪烁体转换和光学条纹相机的方法建立了一套用于Z箍缩实验中的软X射线条纹图像诊断系统,解决了以往实验中使用的X射线条纹相机易被电磁环境干扰以及相机电极部件易被实验产生的高速粒子损伤的问题.诊断系统的光谱响应范围主要集中在0.2-10 keV,系统的空间分辨率经过理论评估小于120μm,通过标定闪烁体对X射线的时间响应特性给出了系统的时间分辨率约为1 ns.诊断系统拍摄到了铝丝阵内爆等离子体的一维空间和时间分辨的X射线条纹图像,给出了等离子体的内爆一致性和辐射均匀性等特征信息.     

球面晶体分析器在X射线成像诊断中的研究

 为诊断激光等离子体X射线,研制了基于Bragg衍射原理的球面弯曲晶体。球面晶体可提高空间分辨、光谱分辨及立体角收集辐射能力。实验采用球面弯曲石英晶体作为分析器,X射线成像板作为成像器件,利用X射线衍射仪铬靶 Kα单色谱成像,验证了0.2 mm间隔双丝的单能像,球面弯晶具有较高的光谱分辨力和信噪比,谱分辨力可达1 000,聚光效率在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级以上。     

球面弯晶在X射线诊断中的应用

为了诊断等离子体X射线,利用X射线布拉格衍射原理研制了球面弯晶谱仪。实验采用α-石英作为其晶体分析器色散元件,晶体弯曲半径为250 mm,布拉格角为30°~67.5°;采用接收面积10 mm×50mm的X射线胶片作为摄谱器件,接收等离子体X射线谱线信息。通过在"阳"加速器装置上进行实验,得到了钛等离子体X射线K壳层激发谱线信息,其光谱分辨力可达到1 000以上,光谱带宽约为0.43 eV。     

一种变曲率面晶体X射线检测技术

在惯性约束聚变光谱诊断物理实验研究中,晶体衍射后X射线光谱信号较弱,需要高收光效率及宽频谱范围的光谱诊断仪器.在传统锥面弯曲晶体基础上提出变曲率弯晶多能点成像技术,该技术具有宽频谱范围、强聚焦能力、高光谱分辨的特点.在晶体衍射成像结构设计中,由于能够确保成像光线的旋转对称性,因此在原理上可消除传统弯晶X射线衍射成像像差.利用研制的变曲率面石英晶体对钛靶X射线源进行X射线聚焦检测,并与同种材料的平面晶体进行收光效率对比,实验结果表明该变曲率面石英晶体的收光效率可以达到平面石英晶体的100倍,检测X射线能量范围为4.51~5.14keV.该晶体谱仪结合X射线条纹相机能够检测宽频谱范围的微弱X射线信号,条纹相机探测面可与晶体检测光路方向垂直布局.     

Scintillator characterization using the LBL pulsed X-ray facility

We have developed a bench-top pulsed X-ray system for measuring scintillation properties of compounds in crystalline or powdered form. The source is a light-excited X-ray tube that produces 40 X-ray photons (mean energy 18.5 keV) per steradian in each 100 pps fwhm pulse. The repetition rate is adjustable from 0 to 10⁷ pulses per second. The fluorescent emanations from the X-ray excited samples are detected with either a sapphire-windowed microchannel plate photomultiplier tube (spectral range 150–650 nm, transit time jitter 40 ps fwhm) or a quartz-windowed GaAs(Cs) photomultiplier tube (spectral range 160–930 nm, transit time jitter 4 ns fwhm). Decay curves are acquired using a TDC having 40 ps fwhm resolution over an 84 ms dynamic range. A computer controlled monochromator can be inserted into the optical path to measure the emission spectrum or wavelength resolved decay time. A computer-controlled sample changer allows up to 64 samples to be measured without intervention.     

基于光子筛的软X光谱仪

 介绍了采用新型软X光谱学光子筛作为分光元件的软X光谱仪的原理和结构参数设计。新谱仪理论测量范围为100 eV~2 keV,光谱分辨力达0.35 nm。应用该谱仪在SILEX-Ⅰ装置上测量了飞秒激光与固体铜靶相互作用产生的X射线发射谱。实验结果表明,该谱仪主要性能指标达到设计要求,适合于激光与等离子体相互作用产生的软X射线研究。